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太陽的一生:萬億年後竟會如此淒涼

2024-06-29科學

對於人類而言,太陽好比人類的母親。沒有太陽,地球上的生命便不會存在。自古以來,在人們心中太陽都是會永遠存在的東西。那麽,看似永恒的太陽真的會永遠存在下去嗎?

先回到50億年前的太陽系(如下圖),你會發現根本沒有太陽和八大星雲,只有一團濃稠的由氫氣和其他物質組成的星雲。科學家認為,太陽系星雲的前身可能是一次超新星爆炸的產物。在那次劇烈的爆炸中,大量的氫和其他物質被拋射在宇宙空間中,這些物質在重力作用下逐漸在太陽系的位置積聚,最終形成了早期的太陽系星雲。

在重力的作用下,太陽系星雲會不斷向內部壓縮,從而導致星雲內部的密度越來越大、溫度越來越高。最終,氫原子合起來稱為氦原子,核融合反應開始。內部核融合產生對外排斥的力超過了重力作用下向內收縮的力,於是太陽作為一個主序星誕生。

在我們的太陽系中,99.8%的物質是太陽,剩下0.2%的物質是太陽系八大行星和幾百顆衛星、矮行星,幾十萬顆小行星、數以萬億計的彗星,星際塵埃等物質。那麽這些天體物質是如何形成的呢?

回到太陽誕生之初,原先太陽系星雲殘留的物質在太陽周圍形成了一層太陽星雲,太陽星雲是太陽形成後的「邊角料」。太陽星雲中含有大量的氫、鐵、鎳、水等物質。這些物質在重力作用下逐漸發生積聚,並且相互之間發生劇烈的碰撞,逐漸形成了不同的星球。由於內太陽系溫度高,所以只有富含鐵和鎳的星球才能存在,這些星球逐漸冷卻演化成為後來的四顆類地行星(如下圖),其中就包括我們的地球。

更遠的外太陽系中,主要由瓦斯和液體組成的星球在重力作用下也逐漸發生積聚,最終形成了四顆類木行星:木星、土星、天王星、海王星。

在這一過程中,類地行星和木星形成的邊角料逐步在小行星帶的位置積聚。但一定有什麽原因導致這一地區未形成行星物質,而是分裂成了幾十萬顆小行星。

在更遠的古柏帶和奧爾特星雲,還存在大量矮行星、衛星、甚至太陽系中更多的行星,但是這些有待未來人類的探索,下圖是太陽系執行圖。

到大約46億年前,太陽系的基本格局形成。之後的數十億年間,太陽穩定散發光和熱,八大行星和太陽系中其他天體沿著各自軌域執行。那麽,是不是說太陽系和太陽可以永遠存在呢?當然不是。原因在於太陽的核燃料是有限的,氫融合成氦的核融合反應終究會有終止的那一天。

科學家經過計算,在這50億年的時間裏,太陽的溫度實際在不斷上升,這導致太陽系中適合生命存在的「宜居帶」在不斷向外推移,從金星的位置推移到地球的位置,最終導致了地球上誕生了生命。但是隨著太陽的溫度持續升高,宜居帶將會進一步外移到火星和小行星帶。

當有一天太陽消耗完外部的氫以後,科學家估計這個時間在50億年以後,太陽到那時便會消耗內核的氦,變成一顆紅巨星。這時候太陽的體積會不斷增大,直到吞沒水星、金星,繼而地球,直到火星。殘存的人類只能躲到木星軌域上,木星很有可能成為新的太陽。

紅巨星燃燒核燃料的速度更快,這一過程只會持續10億年。10億年後,燃燒完,太陽便會坍塌到和地球差不多大小,變成一顆暗淡的白矮星。之後經過上萬億年時間,太陽的核燃料完全消耗,最終變成一顆黑矮星,類似於煤炭燃燒完剩下的碳渣。這時候的太陽系早已經不復存在,那些曾經的「小弟」紛紛脫離太陽而去,有點世態炎涼的感覺。太陽作為一個熄滅暗淡的黑矮星將在宇宙中流浪,直到宇宙走向死亡那一天,宇宙中所有的原子都會瓦解,太陽會隨著宇宙一起走向死亡。